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摘要：隨著科學技術學的不斷進步，農業現代化與智能化水平不斷提高，智能生態農業將會獲得更大的發展空間。利用ArduinoMega2560單片機設計了一個智能生態系統的溫濕度檢測及控制系統。該系統對溫度、土壤濕度進行數據采集，使用單片機進行控制，利用繼電器自動控制加熱帶、排風扇、水泵，以完成對系統環境的自動控制，同時加入wifi模塊，可利用手機App進行實時控制，在溫室大棚智能控制方面較大的推廣價值。

關鍵詞：ArduinoMega2560；傳感器；智能生態農業；溫室大棚控制

傳統農業往往受到地理環境、自然環境等諸多因素影響，農產品產量和品質控制難度較大，這使得以溫室大棚為主的設施農業對保障農業安全、促進農業發展具有重要意義。科學控制溫室內溫度、土壤濕度、光照強度是溫室大棚的關鍵技術，為進一步實現智能、科學、合理地調節溫室溫濕度、光照度，形成有利于作物生長的理想環境，確保溫室內農產品品質和效益，本文參考有關文獻[1-6]，設計了一種大棚溫濕度控制系統。

1設計思路

該系統采用單片機技術、傳感器技術與網絡技術相結合的技術路線，根據傳感器檢測到的數據，ArduinoMega2560單片機通過控制繼電器，驅動排風扇、加熱帶、水泵、生長燈等執行裝置，根據植物的生長特性進行遠程自動控制，使系統各項參數達到設定目標。系統結構框圖如圖1所示。系統選擇ArduinoMega2560單片機作為核心，分別由以下幾個部分組成：ArduinoMega2560單片機、LCD顯示部分、按鍵部分、繼電器部分以及外設部分等。系統通過溫濕度模塊檢測環境溫濕度，將檢測到的信號發給單片機，單片機將接收到的信號與系統參數值互相對比，再發出相應的控制指令。液晶顯示模塊可以顯示當前環境的溫濕度，再通過外設對溫濕度進行控制，使其符合作物生長要求。

2系統軟件設計

2.1主程序

系統讀取溫濕度數值，通過對應控制繼電器驅動執行裝置，按照設定要求調節大棚溫濕度，主程序流程圖如圖2所示。

2.2檢測子程序和控制子程序

檢測子模塊包括傳感器和顯示屏控制。在檢測子程序中，系統利用傳感器采集環境中的數據，經單片機處理之后，通過顯示屏顯示實時數據。在控制子程序中，通過傳感器檢測到的數值和設定目標參數，利用單片機控制繼電器的常開常閉觸點，用以控制外部設備，通過這些外部設備對系統中的環境參數進行調節，也可選擇手動模式進行控制。

2.3WiFi模塊及云平臺

WiFi模塊的主要功能是連接中繼路由器，WiFi模塊和貝殼物聯之間的通信是基于TCP的網絡協議，通過連接云端系統穩定運行。由于每條成功發送的指令都會有信息反饋，處理器會根據收到的數據結果分析是否進行下一步動作。云平臺作為云端服務器可以儲存和處理數據。云平臺最主要的功能是提供人機交互界面，提供實時數據顯示。本設計采用C語言編程設計界面，可以使實時數據變為動態曲線，讓用戶更便捷發現環境數據變化，從而創造滿足農作物生長所需的適宜環境。

3系統硬件設計

硬件電路包括數據采集模塊、顯示模塊、控制模塊、復位模塊。單片機使用外部電源+9V電源進行供電。

3.1總體電路圖

總體電路如圖3所示。

3.2數據采集模塊電路

數據采集部分的電路由兩個傳感器組成，一個是DS18B20溫度傳感器，另一個是YL-69濕度傳感器。溫度傳感器需要一個上拉電阻來穩定信號，使總線持續高電平，準確讀取當前的溫度值。濕度傳感器是一個集成模塊，把它的各個引腳連接到Ardu⁃inoMega2560單片機上即可。

3.3顯示模塊電路

本設計使用LCD12864顯示屏，電路如圖4所示。

3.4控制模塊電路

控制部分包括單片機、繼電器、單刀雙擲開關、加熱帶、水泵、排風扇。水泵和加熱帶采用220V的交流電源供電，排風扇使用12V的直流電源供電。控制系統有自動手動兩種模式。

3.5復位模塊電路

ArduinoMega2560單片機的復位引腳是低電平復位，所以用按鍵按的時候給RESET引腳一個有效的低電平即可。

4測試

4.1控制系統基本功能測試

本文設計一個模擬大棚封閉環境對系統進行基本功能測試，目標參數設置為溫度23℃，濕度95%，光照85lux。

4.2WiFi及云平臺數據測試

現場節點設置好以后上電啟動WiFi模塊，WiFi模塊接收處理器發送的AT+i指令，監測中心聯網，上位機和下位機一起組成監控系統。WiFi模塊作為上位機與下位機的橋梁首先得連接中繼路由器，設置工作模式，對無線模塊進行透傳設置，這樣WiFi模塊就會在聯網的情況下自動登錄貝殼物聯網站。貝殼物聯開源提供設備和傳感器ID，用戶可以通過域名和端口接入貝殼物聯平臺。在貝殼物聯上，經過處理的數據以波動的曲線形式跳動，這樣最大的優點就是當環境發生突然變化時，很容易被監測者發現。還可以查詢歷史數據，與即時數據進行對比分析。

4.2.1光照傳感器數據的測試本次測試是在實驗室測得的光照數據，遮擋光照傳感器會發生數據變化，傳感器的精度為±1lux。光照數據圖如圖5所示。

4.2.2溫度傳感器數據測試測量0~50℃溫度傳感器，供電電壓為DC3.3~5.5V，誤差溫度為±2℃。為確保實驗的準確性，反復測量5次同一環境溫度，與標準的溫度計進行對比分析，雖然有一些誤差，但是統計誤差不超過1℃。本次測試充分證明了此次溫度測試的數據有效，可以幫助監測者實時監測環境溫度，所采取的數據達到實驗要求。

4.2.3濕度傳感器數據測試為了確保測試的精確性，本設計在相同環境下取樣5次，通過與標準的濕度計進行對比，可以清晰地觀察到誤差。通過改變環境參數，數據也會隨之不斷變化，測量數據見圖6所示。通過與標準的濕度計對比測得數據，見表1所示。

4.2.4手機控制測試通過手機端可以遠程控制系統的開關，經過測試系統手機可以遠程控制。在手機APP上添加開關，通過設置指令控制系統開關，這樣就可以達到分別控制的目的。5結論本文設計了基于單片機的大棚溫濕度實時控制系統，實驗測試結果顯示，該系統具有制作成本低、系統功能穩定、便于遠程實時控制等特點，有較好的應用前景和推廣價值。

參考文獻：

[1]徐曉冰，樂斂軍.倉庫溫度濕度監測系統設計[J].科技與生活，2010（9）：21-21.

[2]李慧，劉毅.溫室控制技術的發展方向[J].林業機械與木工設備，2004，32（5）：4-7.

[3]程力，郭曉金，譚洋.智能農業大棚環境遠程監控系統的設計與實現[J].中國農機化學報，2019，40（06）:173-178.

[4]王志剛.一種智能農業物聯網低功耗監控系統[J].黃河科技學院學報，2019，21（02）:106-109.

[5]陸珂琳.基于物聯網的智能環境監控系統的設計與實現[D].南寧：廣西大學，2018.

[6]孫忠祥.基于設備云平臺的智能農業溫室大棚遠程監控

作者：張瑋瑋 董昭 單位：安陽工學院